Специализирани части от PTFE за нагреватели-монтажни скоби, клемни блокове, специфични дистанционни елементи-обикновено изискват скъпа машинна обработка. 3D печатането на PTFE, въпреки че е предизвикателство, вече е възможно и предоставя начин за бързо производство на сложни, еднократни-компоненти без инструменти. Производството на добавки навлиза в приложенията за индустриално отопление, като предлага бързо създаване на прототипи и-резервни части при поискване за PTFE нагревателни възли. Технологията обаче все още се развива и разбирането на настоящите й възможности и ограничения е от съществено значение за реалистично приемане.
Защо PTFE е труден за конвенционален печат
Повечето процеси на 3D печат разчитат на топенето на нишка и нейното екструдиране слой по слой (моделиране на разтопено отлагане, FDM). PTFE не се топи и тече като термопласти; има изключително висок вискозитет на стопилка-по същество не става достатъчно течен за-печат чрез екструдиране. Вместо това PTFE преминава директно от твърдо в гумено, подобно на паста-състояние, преди да се разложи при около 327 градуса. Това поведение прави конвенционалния FDM печат на чист PTFE непрактичен.
Появиха се два алтернативни подхода за производство на добавки, за да се преодолее това ограничение:
Екструдиране на паста със синтероване
3D отпечатан PTFE нагревателен компонент може да бъде произведен чрез метод на екструдиране на паста. PTFE прах се смесва с течно свързващо вещество, за да се образува паста, която се екструдира през фина дюза. След това отпечатаната „зелена част“ се подлага на етап на разлепване (отстраняване на свързващото вещество термично или химично), последвано от високо-температурно синтероване (приблизително 380 градуса). По време на синтероването частиците PTFE се сливат заедно, образувайки твърда, макар и леко пореста структура.
Този процес е аналогичен на шприцоване на метал (MIM) и произвежда части с механични свойства, близки до тези на пресовано{0}}формован PTFE, но с известна остатъчна порьозност. Спеченият 3D отпечатан PTFE обикновено показва малко по-ниска плътност (2,10–2,15 g/cm³ срещу 2,17–2,20 g/cm³ за първично формован PTFE) и намалена якост на опън (18–22 MPa в сравнение с 25–30 MPa за машинно обработени форми).
PFA като алтернатива за печат
Перфлуороалкокси алканът (PFA) е-обработваем флуорополимер със свойства, много подобни на PTFE-отлична химическа устойчивост и непрекъсната работна температура до 260 градуса. PFA се предлага като нишка за FDM принтери, оборудвани с високо-температурни горещи краища (по-големи или равни на 350 градуса) и нагрети камери за предотвратяване на изкривяване.
Въпреки че PFA не е PTFE, той често се приема в приложения за химическо отопление, където иначе би бил специфициран PTFE. Частите от PFA могат да се отпечатват директно без синтероване, като се постига почти-пълна плътност и добра адхезия между слоевете. Компромисът-е цена: PFA нишката е значително по-скъпа от системите, базирани на-прах PTFE, а оборудването за печат изисква-затворен контрол на температурата.
Практически приложения за PTFE нагревателни компоненти
Възможността за отпечатване на персонализиран разделител за една нощ е практическа реалност за производителите на нагреватели и екипите за поддръжка. Конкретни компоненти, които са-подходящи за 3D печат, включват:
Монтажни скоби: Не-стандартни геометрии за закрепване на PTFE нагреватели към резервоари-с необичайна форма. Скоба, чиято обработка от PTFE заготовка ще отнеме две седмици, може да бъде проектирана и отпечатана за 48 часа.
Клемни корпуси: Защитни капаци над клемите на студената секция. Те не виждат механично натоварване и само умерени температури (По-малко или равно на 100 градуса), което прави порьозността по-малко критична.
Персонализирани разделители и опори: Компоненти, които поддържат точни разстояния между нагревателите или между нагревателя и стената на резервоара. Ниските структурни изисквания на дистанционните елементи се покриват лесно от печатния PTFE.
Предпазители срещу пръски и щитове за капене: Сложни извити форми, които не позволяват химическите пръски да достигнат електрическите връзки. Леката порьозност на синтерования PTFE не компрометира защитата от пръски.
За крайни-потребители, работещи с персонализирани линии за покритие или химически реактори, a3D отпечатан PTFE нагревателен компонентмогат да се произвеждат при-поискване, елиминирайки необходимостта от складиране на голямо разнообразие от резервни части. Цифровата инвентаризация на файловете с части позволява счупена скоба да бъде отпечатана локално, намалявайки времето на престой от седмици до часове.
Текущи ограничения: където 3D принтирането все още не може да замени обработения PTFE
Производството на добавки за PTFE нагревателни компоненти не е универсален заместител на традиционната машинна обработка. Остават няколко ограничения:
Порьозност и диелектрична якост
Синтерованият отпечатан PTFE има измерима порьозност (обикновено 3–8% празен обем). Това намалява неговата диелектрична якост в сравнение с напълно плътния, машинно обработен PTFE. За компоненти, които служат като електрически изолатори в близост до клеми под напрежение (напр. клемни блокове или стойки, които изолират нагревателните елементи), намалената диелектрична производителност може да представлява риск от проследяване или светкавица на дъга. Повечето печатни PTFE компоненти понастоящем се препоръчват само за не-диелектрични-критични роли.
Механична якост при продължително натоварване
Машинно обработеният PTFE може да издържи непрекъснато напрежение на натиск от приблизително 4–5 MPa (600–700 psi) с минимално пълзене. Синтерованият отпечатан PTFE показва по-високи скорости на пълзене и по-ниска граница на провлачване, което го прави неподходящ за-носещи фланци,-поддържащи налягане части или компоненти, подложени на висок въртящ момент на болтовете. Скоба, която трябва да поддържа теглото на 3 kW PTFE нагревател, все още трябва да бъде изработена от чист PTFE или PFA.
Химическа устойчивост на порьозност
Докато самият PTFE е химически инертен, отворените пори в отпечатаната част могат да уловят технологични течности. В агресивни среди (напр. концентрирана азотна киселина или гореща хромна киселина), течността, уловена в порите, може да се разшири по време на топлинен цикъл, причинявайки микро-напукване и евентуална повреда на частта. Запечатващите обработки (напр. импрегниране с флуориран восък) могат да намалят порьозността, но да добавят етапи на процеса.
Сертификация на материалите
Много приложения за промишлено отопление изискват проследимост на материала и сертифициране (напр. ASTM D4894 за PTFE). 3D отпечатаните компоненти, използващи персонализирани прахообразни-свързващи формули, може все още да не носят същите сертификати, ограничавайки употребата им в регулирани индустрии като фармацевтично или полупроводниково производство.
Ролята на PFA за преодоляване на пропастта
За приложения, които изискват-обработка в стопилка и превъзходни механични свойства, PFA печатът предлага по-зряло решение. Компонентите на PFA могат да бъдат отпечатани на високо{2}}температурни FDM принтери (напр. с използване на машини с възможност за полиетеримид (PEI) или полиетеретеркетон (PEEK)-) с достатъчно силна адхезия на слоя за функционални скоби и клемни корпуси. Основният недостатък е цената-PFA нишките могат да надхвърлят 500 на килограм, в сравнение с 500 на килограм, в сравнение с 50–100 на килограм за стандартните инженерни нишки.
Въпреки това, за еднократни-приложения с висока-стойност, където времето за престой е скъпо, цената на PFA нишката е незначителна в сравнение със спестяванията от бързото производство. PFA-отпечатан корпус на терминала, който пристига на-мястото за два дни срещу машинно обработена PTFE част за две седмици, е убедително предложение за стойност за много съоръжения.
Бъдеща перспектива: Съзряване на производството на добавки за флуорополимери
Производителите на оборудване активно разработват специални PTFE 3D принтери, които комбинират високо-температурно екструдиране на паста с прецизни камери за синтероване. Тъй като тези системи се развиват, се очаква плътността и механичните свойства на отпечатания PTFE да се доближат до тези на формованите форми. Едновременно с това стандартизирани методи за изпитване на отпечатани флуорополимери се разработват от индустриални органи като ASTM International (Комитет F42 за производство на добавки).
Възможността за отпечатване на персонализиран разделител за една нощ е практическа реалност днес, макар и с някои компромиси-по отношение на производителността. За не-критични компоненти-скоби, корпуси, предпазители и разделители-3D отпечатването вече е жизнеспособна алтернатива на машинната обработка. За критична изолация или компоненти, поддържащи налягането, традиционното производство остава стандарт.
Заключение
3D печатът предлага вълнуваща гъвкавост за персонализирани компоненти на PTFE нагревател, въпреки че в момента допълва, а не замества традиционното производство. Ролята на производството на добавки в промишленото отопление вероятно ще нарасне с развитието на материалите и процесите. Краткосрочният-потенциал се крие в бързото създаване на прототипи и-резервни части при поискване за ниско-напрежение, не-диелектрични приложения. Тъй като синтерованата плътност се подобрява и се появяват пътища за сертифициране, отпечатаният PTFE ще поеме по-голяма роля в дизайна на нагревателя, позволявайки геометрии и персонализации, които просто са твърде скъпи за обработка. Засега, уточнявайки a3D отпечатан PTFE нагревателен компоненте практично решение за конкретни случаи на употреба-, което намалява времето за изпълнение и разходите за инвентар, без да прави компромис с безопасността на процеса, когато се прилага в рамките на настоящите граници на технологията.
